李洪剛

（黑龍江科技學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027）

0 引言

人機(jī)工程學(xué)是一門綜合性的邊緣學(xué)科，研究人、機(jī)械及其工作環(huán)境之間相互作用。國際人類工效學(xué)學(xué)會為人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行了最有權(quán)威、最全面的定義，即人機(jī)工程學(xué)是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的各種因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學(xué)科。它綜合應(yīng)用人體科學(xué)、安全科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、工程技術(shù)科學(xué)、社會科學(xué)及技術(shù)美學(xué)等多方面的有關(guān)理論、研究方法和手段，運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，以人的生理、心理特征為依據(jù)，分析研究人與機(jī)械設(shè)備、人與環(huán)境及機(jī)械設(shè)備與環(huán)境之間的相互關(guān)系，為設(shè)計(jì)操作簡便、安全舒適、人-機(jī)-環(huán)境的配合達(dá)到最佳狀態(tài)的工程系統(tǒng)提供理論和方法。其目的在于提高人的工作效率，改善人的工作條件，增加機(jī)械設(shè)備工作的可靠性，使工作更為安全和舒適。

1 在煤礦機(jī)械產(chǎn)品上運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的必要性

我省是煤炭大省，煤礦資源豐富的城市較多，如雞西、七臺河等礦區(qū)，隨之而來的生產(chǎn)煤礦機(jī)械的企業(yè)和產(chǎn)品也非常多，如雞西煤機(jī)廠等。因?yàn)槊旱V機(jī)械產(chǎn)品使用的環(huán)境比較特殊，野外、礦下等等，設(shè)備的操作相對復(fù)雜，噪音、油污、振動等干擾因素多，嚴(yán)寒酷暑、風(fēng)沙雨雪也都影響操作員的正常工作，靈活準(zhǔn)確地操作它，進(jìn)行長時(shí)間作業(yè)并不是一項(xiàng)輕松的工作，極易使操作員產(chǎn)生緊張和疲勞，生產(chǎn)效率不能得到很大的提高。而且以往煤礦機(jī)械設(shè)備在人們心目中的形象一直是笨、重、臟，存在色彩單調(diào)、搭配不當(dāng)、體形龐大、線條生硬、不易操作、顯示裝置不夠人性化等諸多問題。這就要求從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，對煤礦機(jī)械產(chǎn)品重新進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，做到以人為本，為使用者提供安全、舒適、健康、高效的工作條件。

2 人機(jī)工程學(xué)在煤礦機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用

煤礦機(jī)械應(yīng)以人機(jī)工程學(xué)原理為其基本的設(shè)計(jì)原則，人機(jī)工程學(xué)是一項(xiàng)以人為本的綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)將人、機(jī)器和環(huán)境作為相互聯(lián)系的三個(gè)基本部分構(gòu)成一個(gè)整體，形成人機(jī)系統(tǒng)。其中最重要的是人不能被動地去適應(yīng)機(jī)器，而是與機(jī)器共同完成一個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)，從而可以獲得它的最高綜合效能，在設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。

（1）人體測量數(shù)據(jù)在煤礦機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用。人機(jī)工程學(xué)范圍內(nèi)的人體形態(tài)測量數(shù)據(jù)主要有兩類，即人體構(gòu)造尺寸和功能尺寸的測量數(shù)據(jù)。人體構(gòu)造上的尺寸是指靜態(tài)尺寸，如煤礦機(jī)械產(chǎn)品上各種操作按鈕的尺寸應(yīng)與人手的尺寸相對應(yīng)、座椅尺寸與人的下肢及背部尺寸相對應(yīng)等等；人體功能上的尺寸是指動態(tài)尺寸，包括人在工作姿勢下或在某種操作活動狀態(tài)下測量尺寸。

在煤礦機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所有涉及人體尺度參數(shù)的確定都需要應(yīng)用大量人體構(gòu)造和功能尺寸的測量數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)時(shí)若不很好考慮這些人體參數(shù)，就很可能造成操作上的困難和不能充分發(fā)揮人機(jī)系統(tǒng)效率。例如，采煤機(jī)操作控制臺的操作部位的高度與人的上肢舒適操作的高度相比過低或過高，人在操作時(shí)需要彎腰或抬臂，這樣不僅影響工作效率，人體將過早地產(chǎn)生疲勞，而且長期操作還會對操作者的身體健康帶來不利影響。

各種煤礦機(jī)械設(shè)備、設(shè)施和工具等設(shè)計(jì)對象在適合于人的使用方面，首先涉及的問題是如何適合于人的形態(tài)和功能范圍的限度。這里面涉及到了人體測量數(shù)據(jù)的一個(gè)位置指標(biāo)、一個(gè)界值——人體百分位數(shù)，在設(shè)計(jì)中最常用的是5%、50%、95%三種百分位數(shù)。在煤礦機(jī)械中，絕大部分都是男性，所以百分?jǐn)?shù)以男性為采集數(shù)據(jù)。例如，一切煤礦機(jī)械操作裝置都應(yīng)設(shè)在人的肢體活動所能及的范圍之內(nèi)，其高低位置必須與人體相應(yīng)部位的高低位置相適應(yīng)，一般應(yīng)用5%的男性小尺寸數(shù)據(jù)；石門、巷道、硐室、罐籠等，其尺寸應(yīng)以人體數(shù)據(jù)第95%男性的百分位數(shù)為依據(jù)。距離運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)器部件的有效半徑、緊急出口尺寸等的確定，應(yīng)以第99%男性的百分位數(shù)為依據(jù)。還有操作臺、儀表盤、操縱桿等用具的設(shè)計(jì)高度和安裝高度，裝載機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)的駕駛位置和觀察窗的大小、操縱手柄的形狀和大小、維修空間的形式和大小等，都要根據(jù)人體的尺寸為基本依據(jù)。根據(jù)筆者的研究，總結(jié)出一句話 “容得下的空間，夠得著的距離”，作為確定哪些數(shù)據(jù)應(yīng)用小尺寸，哪些數(shù)據(jù)應(yīng)用大尺寸的判定依據(jù)。

在滿足人體尺寸數(shù)據(jù)的同時(shí)，要將各種操作設(shè)備布置盡可能設(shè)在人操作方便、反應(yīng)最靈活的范圍之內(nèi)，提高設(shè)計(jì)對象的宜人性，讓使用者能夠安全、健康、舒適地工作，從而有利于減少人體疲勞和提高人機(jī)系統(tǒng)的效率。

（2）人機(jī)界面在煤礦機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用。人機(jī)界面是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域，是人與機(jī)器之間傳遞和交換信息的平臺，也是人與機(jī)器進(jìn)行交流的界面。過去煤礦機(jī)械由于其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其中的動力機(jī)構(gòu)較多，在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到以人為本，隨意地進(jìn)行布局，使之操作界面非常繁瑣和雜亂無章，使人在操作時(shí)沒有規(guī)律可循，比較容易產(chǎn)生煩躁的心理，同時(shí)也為安全生產(chǎn)留下了隱患。

操作面板是人機(jī)交互的主要界面，面板上各種顯示器、操縱器的配置均應(yīng)以操作者為中心，依據(jù)操作姿勢、儀表的重要程度和使用頻度來進(jìn)行合理的布置。

煤礦機(jī)械傳遞給人的信息的顯示裝置，它們共同的特征是能夠把煤礦機(jī)械設(shè)備的有關(guān)信息以人能接收的形式顯示給人。在人機(jī)系統(tǒng)中，按人接受信息的感覺通道不同，可將顯示裝置分為視覺顯示、聽覺顯示和觸覺顯示。其中以視覺和聽覺顯示應(yīng)用最為廣泛，視覺顯示包括儀器儀表等，聽覺顯示包括音響報(bào)警裝置，如鈴、蜂鳴器等，觸覺顯示是利用人的皮膚受到觸壓或運(yùn)動刺激后產(chǎn)生的感覺，而向人們傳遞信息的一種方式，一般較少使用，但是在井下這種特殊環(huán)境下，觸覺顯示就顯得特別重要了。

在人機(jī)系統(tǒng)中，人通過信息顯示器獲得關(guān)于煤礦機(jī)械的信息之后，利用效應(yīng)器官操縱控制器，通過控制器調(diào)整和改變煤礦機(jī)械系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使它按人預(yù)定的目標(biāo)工作。因此，控制器是把人的輸出信息轉(zhuǎn)換為煤礦機(jī)械輸入信息的裝置，也即在生產(chǎn)過程中，人是通過操縱控制器完成對煤礦機(jī)械的指揮和控制。目前，常見的人機(jī)信息交換中，人對煤礦機(jī)械的控制大多是通過肢體活動來實(shí)現(xiàn)的，依據(jù)人體的操作部位，主要可分為手動、腳動兩大類控制器。

操縱裝置的設(shè)計(jì)首先要充分考慮操作者的體形、生理、心理、體力和能力。操縱裝置的大小、形態(tài)等要適應(yīng)人的手或腳的運(yùn)動特征，用力范圍應(yīng)當(dāng)處在人體最佳用力范圍之內(nèi)，不能超出人體用力的極限，重要的或使用頻繁的操縱裝置應(yīng)布置在人反應(yīng)最靈敏、操作最方便、肢體能夠達(dá)到的空間范圍內(nèi)。操縱裝置的設(shè)計(jì)還有考慮耐用性、運(yùn)轉(zhuǎn)速度、外觀和能耗。操縱裝置是人機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分，其設(shè)計(jì)是否得當(dāng)，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否正常安全運(yùn)行。在使用多種操縱器的復(fù)雜操作場所，如采煤機(jī)控制臺，按其形狀、位置、大小、顏色或標(biāo)號對操縱器進(jìn)行編碼，是提高效率和減少誤操作率的一種有效的方法。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將煤礦機(jī)械設(shè)備操縱機(jī)構(gòu)盡量集中在人的主要操作位置上，操縱機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方向也應(yīng)符合大多數(shù)操作者的習(xí)慣，這樣可使操作者的動作既安全又有效果，這就是人機(jī)工程學(xué)當(dāng)中所說的操縱與顯示的相合性。用于操縱的螺旋裝置在無特殊要求時(shí)，一般應(yīng)為右旋螺紋。另外操縱力的大小關(guān)系到操作者的勞動強(qiáng)度，應(yīng)控制在合適的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。基于以上原因，在設(shè)計(jì)煤礦機(jī)械時(shí)必須根據(jù)人們的生理特征以及付出力度大小進(jìn)行綜合考慮。

操縱器與顯示器除了有密切的功能聯(lián)系外，兩者的運(yùn)動方向還應(yīng)互相適應(yīng)，而且其相應(yīng)的動作符合人的習(xí)慣，這樣系統(tǒng)操縱效率方能提高，如手柄向左移動時(shí)，被操縱的機(jī)構(gòu)也應(yīng)向左移動。因此，操縱與顯示方向的相合性是人機(jī)界面設(shè)計(jì)中的重要部分，在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)考慮。

綜上所述，在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中，合理的人機(jī)界面設(shè)計(jì)合乎人的思維邏輯，通俗易懂，操作簡單且具有引導(dǎo)功能，這樣既會使操作者的動作安全而且又有良好的效果，在作業(yè)過程中也會得到視覺和心理上的舒適感，減輕枯燥工作的疲勞和精神負(fù)擔(dān)，使操作員感覺愉快，提高工作效率，減少事故發(fā)生。

3 結(jié)束語

將人機(jī)工程學(xué)的原理和方法運(yùn)用到煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)制造出操作簡便省力、安全可靠、性能優(yōu)越、高效率的煤礦機(jī)械設(shè)備,對于推動我省煤炭科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,提高煤礦安全生產(chǎn)水平,加快煤炭企業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。

[1]丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2005.

[2]何學(xué)秋.安全工程學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

[3]歐陽文昭.安全人機(jī)工程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2001.

[4]李建中，等.人機(jī)工程學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.